JP2009097476A

JP2009097476A - 還元剤の噴射制御装置

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Publication number: JP2009097476A
Application number: JP2007271983A
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Inventors: Ataru Ichikawa; 中市川
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Filing date: 2007-10-19
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Abstract

【課題】内燃機関の排気通路内に還元剤を噴射し、同排気通路を流れる排気の特定成分と還元剤との還元反応により排気を浄化する排気浄化装置を制御対象とし、同装置の排気浄化率の低下を抑制しつつ、同装置の長寿命化を図る還元剤の噴射制御装置を提供する。
【解決手段】排気上流側から、ＤＰＦ１１、排気管１２、ＳＣＲ触媒１３、排気管１４がこの順で配設されており、排気管１２には噴射弁１５が設けられている。噴射弁１５は、ポンプ部１８から加圧供給される尿素水溶液を噴射する。また、排気管１４には、排気温センサが内蔵された排気センサ１９が設けられている。ＥＣＵ２０は、排気センサ１９の検出信号に基づいて排気温を算出し、排気温が低い場合にはポンプ部１８における尿素水溶液の噴射圧を相対的に高くし、排気温が高い場合にはポンプ部１８における尿素水溶液の噴射圧を相対的に低くする。
【選択図】図１

Description

本発明は、尿素ＳＣＲ装置などの排気浄化装置において還元剤の噴射を制御する噴射制御装置に関する。

近年、車載内燃機関（特にディーゼルエンジン）等に適用されて、排気中のＮＯｘ（窒素酸化物）を高い浄化率で浄化する排気浄化装置として、尿素ＳＣＲ装置の開発が進められており、一部実用化に至っている（例えば特許文献１）。

特許文献１に記載された尿素ＳＣＲ装置は、排気浄化反応を促進する触媒と、エンジンから排出される排気を触媒へ導く排気管と、その排気管の中途に設けられ同排気管内に尿素水溶液を噴出させるノズルとを備えている。また、このノズルには尿素水供給器及びエアポンプが接続されており、尿素水供給器から供給される尿素水溶液をエアポンプから供給される圧縮空気と共にノズルから噴出させることにより、排気管内に尿素水溶液の噴霧を形成するようになっている。ここで、触媒は、排気中のＮＯｘと尿素水溶液の加水分解により生成されるアンモニアとの還元反応（排気浄化反応）を促進するものである。そして上記構成のもと、排気の流れ（排気流）を利用して、ノズルから噴射した尿素水溶液（尿素水溶液の加水分解により生成されたアンモニアを含む）を排気共々下流の触媒へ供給する。これにより、触媒においてＮＯｘとアンモニアとの還元反応が生起され排気が浄化される。
特開２００３−２９３７３９号公報

ところで、特許文献１に記載された尿素ＳＣＲ装置では、圧縮空気の圧力を高め、尿素水溶液の噴霧を微粒化することにより、ＮＯｘとアンモニアとの還元反応を促進させ、排気浄化率を高めることが考えられる。しかしながら、圧縮空気の圧力を高めると、エアポンプの負荷が増大することから、エアポンプの寿命が短くなることが懸念される。

本発明は上述の問題を解決するためになされたものであって、内燃機関の排気通路内に還元剤を噴射し、同排気通路を流れる排気の特定成分と還元剤との還元反応により排気を浄化する排気浄化装置を制御対象とし、同装置の排気浄化率の低下を抑制しつつ、同装置の長寿命化を図る還元剤の噴射制御装置を提供することを主たる目的とするものである。

以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果について説明する。

請求項１に記載の発明は、内燃機関の排気の特定成分を還元させる還元剤を同機関の排気通路に噴射する噴射部と、同噴射部における還元剤の噴射圧を調整するポンプ部とを備え、排気通路を流れる排気の特定成分と還元剤との還元反応により同排気を浄化する排気浄化装置に適用される。

こうした排気浄化装置では、噴射部における還元剤の噴射圧を制御することにより、排気の特定成分と還元剤との反応速度を調整することができる。すなわち、噴射部における還元剤の噴射圧が高くなるほど、同噴射部から噴射される還元剤の噴霧の粒径が小さくなり、ひいては排気の特定成分と還元剤との反応速度が高くなる。一方、こうした排気浄化装置の排気浄化率は、排気の状態に応じて変化すると考えられる。

そこで、請求項１に記載の発明では、排気通路を流れる排気の状態に関する排気パラメータを取得し、取得された排気パラメータに基づいて、ポンプ部を操作して上記噴射圧を制御する。この構成によれば、排気パラメータから排気浄化率低下の可能性が高いと予想される場合において、噴射部における還元剤の噴射圧を相対的に高くすることで、排気の特定成分と還元剤との反応速度を高くすることができ、ひいては排気浄化率の低下を抑制することができる。また、排気パラメータから排気浄化率低下の可能性が低いと予想される場合において、還元剤の噴射圧を相対的に低くすることで、ポンプ部の負荷を軽減し、ひいてはポンプ部の長寿命化を図ることができる。このように、排気浄化装置の排気浄化率の低下を抑制しつつ、同装置の長寿命化を図ることができる。

ここで、上記「排気パラメータ」には、排気の温度（排気温）や排気の流速や排気中の特定成分の量や内燃機関の運転状態が含まれる。

すなわち、排気浄化率は、排気の特定成分と還元剤との反応速度に応じて変化し、その反応速度は排気温に応じて変化する。例えば、排気の特定成分がＮＯｘであり還元剤がアンモニアである場合には、排気温が高くなるほどＮＯｘとアンモニアとの反応速度が高くなることから、排気浄化率は排気温が高くなるほど高くなると考えられる。

そのため、請求項２に記載したように、排気パラメータとして、排気通路を流れる排気の温度を取得し、取得された排気温に基づいて、ポンプ部を操作して上記噴射圧を制御するとよい。この構成によれば、排気温から排気浄化率低下の可能性が高いと予想される場合において、噴射部における還元剤の噴射圧を相対的に高くすることで、排気浄化率の低下を抑制することができる。また、排気温から排気浄化率低下の可能性が低いと予想される場合において、噴射部における還元剤の噴射圧を相対的に低くすることで、ポンプ部の長寿命化を図ることができる。

また、噴射部から噴射された還元剤の噴霧は排気流によって微粒化されるが、その微粒化の程度は排気の流速が高くなるほど高くなる。つまり、排気浄化率は排気の流速に応じて変化すると考えられる。

そのため、請求項３に記載したように、排気パラメータとして、排気通路を流れる排気の流速を取得し、取得された排気の流速に基づいて、ポンプ部を操作して上記噴射圧を制御するとよい。この構成によれば、排気の流速が相対的に低い場合、つまり排気流による還元剤の微粒化の程度が低く排気浄化率低下の可能性が高いと予想される場合において、噴射部における還元剤の噴射圧を相対的に高くすることで、排気浄化率の低下を抑制することができる。また、排気の流速が相対的に高い場合、つまり排気流による還元剤の微粒化の程度が高く排気浄化率低下の可能性が低いと予想される場合において、噴射部における還元剤の噴射圧を相対的に低くすることで、ポンプ部の長寿命化を図ることができる。

また、浄化後の排気中に残留する特定成分の量は、排気浄化能力の過不足を示している。一方、排気浄化能力が不足した状態では、浄化前の排気中に含まれる特定成分の量が増加するほど、浄化後の排気中に残留する特定成分の量が増加し、結果として排気浄化率が低下すると考えられる。

そのため、請求項４に記載したように、排気パラメータとして、排気通路を流れる排気中の特定成分の量を取得し、取得された排気中の特定成分の量に基づいて、ポンプ部を操作して上記噴射圧を制御するとよい。この構成によれば、浄化後の排気中に残留する特定成分の量が相対的に多い場合、つまり排気浄化能力不足による排気浄化率低下の可能性が高い場合において、還元剤の噴射圧を相対的に高くすることで、排気浄化率の低下を抑制することができる。また、浄化後の排気中に残留する特定成分の量が相対的に少ない場合、つまり排気浄化能力不足による排気浄化率低下の可能性が低い場合において、還元剤の噴射圧を相対的に低くすることで、ポンプ部の長寿命化を図ることができる。また、浄化前の排気中に含まれる特定成分の量が相対的に多い場合、つまり排気浄化能力不足による排気浄化率低下の可能性が高いと予想される場合において、還元剤の噴射圧を相対的に高くすることで、排気浄化率の低下を抑制することができる。また、浄化前の排気中に含まれる特定成分の量が少ない場合、つまり排気浄化能力不足による排気浄化率低下の可能性が低いと予想される場合において、還元剤の噴射圧を相対的に低くすることで、ポンプ部の長寿命化を図ることができる。

また、上述した排気の状態（排気温、排気の流速、排気中の特定成分の量）は、内燃機関の運転状態から予想することが可能である。例えば、内燃機関が暖機運転状態である場合には、排気温が相対的に低いと予想することができる。また、内燃機関がアイドル運転状態である場合には、吸気量が小さいことから排気の流速が低いと予想することができる。

そのため、請求項５に記載したように、排気パラメータとして、内燃機関の運転状態を取得し、取得された運転状態が暖機運転状態を示している場合、及び取得された運転状態が所定時間継続してアイドル運転状態を示している場合の少なくともいずれか一方の場合において、ポンプ部を操作して上記噴射圧を相対的に高い圧力に制御するとよい。この構成によれば、複雑な処理を要することなく、排気浄化装置の排気浄化率の低下を抑制しつつ、同装置の長寿命化を図ることができる。

請求項６に記載の発明の制御対象は、排気の特定成分と還元剤との還元反応を促進する触媒を、排気通路の噴射部よりも下流側に更に備え、排気の特定成分は窒素酸化物であり、還元剤はアンモニア又は尿素水溶液である排気浄化装置、すなわち尿素ＳＣＲ装置である。

以下、本発明を具体化した一実施形態について図面を参照しつつ説明する。本実施形態は、車載ディーゼルエンジン用の尿素ＳＣＲ装置を主体とする排気浄化システムとして本発明を具体化しており、その詳細な構成を以下に説明する。

はじめに、図１を参照して、本実施形態に係る尿素ＳＣＲ装置の構成について説明する。図１に示す尿素ＳＣＲ装置は、エンジンの排気系に取り付けられ、同エンジンから排出される排気を浄化するものである。具体的には、ディーゼルエンジンの排気ポートに排気マニホールドが設けられており、同尿素ＳＣＲ装置は、同マニホールドの最下流部に取り付けられている。この尿素ＳＣＲ装置には、排気上流側から、ＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）１１、排気管１２、ＳＣＲ触媒１３、排気管１４がこの順で配設されており、排気管１２には噴射弁１５が設けられており、その排気通路は、ＤＰＦ１１、排気管１２、ＳＣＲ触媒１３、及び排気管１４の内側に形成されている。そして、同尿素ＳＣＲ装置は上記排気通路を流れる排気を浄化する。

ＤＰＦ１１は、排気中のＰＭ（Particulate Matter：粒子状物質）を捕集する連続再生式のＰＭ除去用フィルタであり、例えばメインの燃料噴射後のポスト噴射等で捕集ＰＭを繰り返し燃焼除去する（再生処理に相当）ことにより継続的に使用することができる。また、ＤＰＦ１１は、図示しない白金系の酸化触媒を担持しており、ＰＭ成分の１つである可溶性有機成分（ＳＯＦ）と共に、ＨＣやＣＯを除去することができるようになっている。

噴射弁１５は、尿素水溶液を、ノズル部１６に形成された噴孔から噴射することにより、排気管１２内に同尿素水溶液の噴霧を形成する噴射装置である。ＳＣＲ触媒１３は、酸化バナジウム（Ｖ2Ｏ5）等の触媒金属を担持しており、公知のＮＯｘの還元反応（排気浄化反応）を促進する触媒である。噴射弁１５により排気管１２内に形成された尿素水溶液の噴霧は、排気の熱によってアンモニア（ＮＨ3）に変換され（次式（１）参照）、排気共々下流のＳＣＲ触媒１３へ供給される。そして、ＳＣＲ触媒１３においてＮＯｘとアンモニアとの還元反応（次式（２）〜（４）参照）が生起され、排気が浄化される。

（ＮＨ2）2ＣＯ＋Ｈ2Ｏ→２ＮＨ3＋ＣＯ2 …（１）
４ＮＯ＋４ＮＨ3＋Ｏ2→４Ｎ2＋６Ｈ2Ｏ …（２）
６ＮＯ2＋８ＮＨ3→７Ｎ2＋１２Ｈ2Ｏ …（３）
ＮＯ＋ＮＯ2＋２ＮＨ3→２Ｎ2＋３Ｈ2Ｏ …（４）

また、噴射弁１５には、尿素水タンク１７内の尿素水溶液が供給されるようになっている。すなわち、尿素水タンク１７内の尿素水溶液がポンプ部１８により汲み上げられ、同尿素水溶液が噴射弁１５へ圧送されるようになっている。詳しくは、ポンプ部１８は、ポンプ１８ａ、配管１８ｂ、尿素水圧レギュレータ１８ｃ、尿素水圧センサ１８ｄ、及びフィルタ１８ｅなどで構成されている。ポンプ１８ａは、電動モータを動力源とする電動ポンプであり、尿素水タンク１７内の尿素水溶液を汲み上げる。配管１８ｂには、尿素水圧レギュレータ１８ｃ、尿素水圧センサ１８ｄ、及びフィルタ１８ｅが設けられている。フィルタ１８ｅは尿素水溶液を濾過するものであり、濾過済みの尿素水溶液が配管１８ｂを通じて噴射弁１５へ供給されるようになっている。尿素水圧センサ１８ｄは、ポンプ部１８により圧送される尿素水溶液の圧力、すなわち噴射弁１５における尿素水溶液の噴射圧を検出する検出器である。尿素水圧レギュレータ１８ｃは、配管１８ｂ内の圧力を調圧するものであり、その圧力が設定値Ｐlを超えた場合には、同レギュレータ１８ｃ経由で配管１８ｂ内の尿素水溶液が尿素水タンク１７内へ戻されるようになっている。

排気管１４には、排気センサ１９が設けられている。この排気センサ１９には、ＮＯｘセンサ及び排気温センサが内蔵されており、排気中のＮＯｘ量及び排気温を検出する。

こうした尿素ＳＣＲ装置を制御対象として尿素水溶液の噴射制御を実施する電子制御装置がＥＣＵ２０である。ＥＣＵ２０は、周知のマイクロコンピュータ（図示略）を備え、各種センサ（エアフロメータ２１、アクセル開度センサ２２、クランク角センサ２３、水温センサ２４など）の検出値に基づいて、尿素ＳＣＲ装置の各部（噴射弁１５、ポンプ１８ａなど）を操作することにより、排気浄化に係る各種の制御を実施する。具体的には、ＥＣＵ２０は、例えば噴射弁１５の開弁時間（噴射時間）や噴射弁１５の開弁タイミング（噴射タイミング）などを制御することにより、排気管１２を流れる排気に対し適切な時期に適正な量の尿素水溶液（添加剤）を噴射供給する。

なお、上記エアフロメータ２１は、エンジンの吸気管に設けられ、その吸気管内を流れる吸気の量（吸気量）を検出する検出器、アクセル開度センサ２２は、車両のアクセルペダルの近傍に設けられ、同ペダルの操作量を検出する検出器である。また、クランク角センサ２３は、エンジンの所定クランク角毎に（例えば３０°ＣＡ周期で）パルス信号を出力する検出器、水温センサ２４は、エンジンの冷却水温を検出する検出器である。

ところで、上記構成の排気浄化システムでは、噴射弁１５における尿素水溶液の噴射圧を高めて、尿素水溶液の噴霧を微粒化することにより、ＮＯｘとアンモニアとの還元反応を促進させ、ひいては排気浄化率を高めることが考えられる。しかしながら、噴射弁１５における尿素水溶液の噴射圧、すなわちポンプ部１８による尿素水溶液の圧送圧力を高めると、それに伴ってポンプ１８ａの負荷が増大することから、同ポンプ１８ａの寿命が短くなることが懸念される。

一方、尿素ＳＣＲ装置の排気浄化率は排気温に応じて変化すると考えられる。すなわち、排気温が相対的に低い場合には、ＮＯｘとアンモニアとの反応速度が低くなることから、排気浄化率低下の可能性が高くなり、排気温が相対的に高い場合には、ＮＯｘとアンモニアとの反応速度が高くなることから、排気浄化率低下の可能性が低くなると考えられる。

そこで、本実施形態の尿素ＳＣＲ装置では、噴射弁１５における尿素水溶液の噴射圧を排気温に基づいて制御することで、排気浄化率を抑制しつつ、ポンプ１８ａの長寿命化を図っている。詳しくは、排気温が低い場合、すなわちＮＯｘとアンモニアとの反応速度が低く排気浄化率低下の可能性が高いと予想される場合には、噴射弁１５における尿素水溶液の噴射圧を相対的に高くすることで、排気浄化率の低下を抑制している。また、排気温が高い場合、すなわちＮＯｘとアンモニアとの反応速度が高く排気浄化率低下の可能性が低いと予想される場合には、噴射弁１５における尿素水溶液の噴射圧を相対的に低くすることで、ポンプ１８ａの負荷を軽減し、ポンプ１８ａの長寿命化を図っている。

次に、図２を参照しながら、噴射弁１５における尿素水溶液の噴射圧を制御する処理（噴射圧制御処理）について説明する。図２は、噴射圧制御プログラムの流れを示すフローチャートである。このプログラムは、ＥＣＵ２０により所定周期（所定クランク角ごとに又は所定時間周期）で実行される。図２に示す噴射圧制御処理では、尿素水溶液の噴射圧Ｐiを、エンジンの排気温に応じて２段階（Ｐih，Ｐil：Ｐih＞Ｐil）に制御することを想定している。また、尿素水圧レギュレータ１８ｃの設定値Ｐlが噴射圧Ｐiのハイレベル側の設定値Ｐihに設定されていることを想定している。

図２に示すステップＳ１０では、ＥＣＵ２０は排気温Ｔexを取得する。詳しくは、ＥＣＵ２０は、排気センサ１９に内蔵された排気温センサの検出値に基づいて排気温Ｔexを算出する。続くステップＳ１１では、ＥＣＵ２０はステップＳ１０において取得した排気温Ｔexが閾値Ｔs（例えば２００℃）以上であるか否かを判定する。そして、ＥＣＵ２０は、ＴexがＴs以上である旨を判定するとステップＳ１２の処理に進み、ＴexがＴsよりも低い旨を判定するとステップＳ１３の処理に進む。

ステップＳ１２では、ＥＣＵ２０は尿素水溶液の噴射圧ＰiをＰilに設定する。すなわち、排気温が相対的に高い場合には、噴射圧Ｐｉを相対的に低くする。一方、ステップＳ１３では、ＥＣＵ２０は尿素水溶液の噴射圧ＰiをＰihに設定する。すなわち、排気温が相対的に低い場合には、噴射圧Ｐｉを相対的に高くする。ステップＳ１２又はＳ１３おいて尿素水溶液の噴射圧Ｐiを設定した後、ＥＣＵ２０はステップＳ１４の処理に進む。

ステップＳ１４では、ＥＣＵ２０は、噴射弁１５における尿素水溶液の噴射圧Ｐiを制御すべくポンプ１８ａによる尿素水溶液の吐出量（ポンプ１８ａの駆動量）を制御する。詳しくは、ＥＣＵ２０は、尿素水圧センサ１８ｄの検出値に基づいて配管１８ｂ内の尿素水溶液の圧力Ｐsを算出し、その圧力Ｐsが噴射圧Ｐiとなるように、ポンプ１８ａの駆動量をフィードバック制御する。より詳しくは、ＥＣＵ２０は、圧力Ｐsが噴射圧Ｐiよりも低い場合には、ポンプ１８ａの駆動量を大きくし、圧力Ｐsが噴射圧Ｐiよりも高い場合には、ポンプ１８ａの駆動量を小さくする。

次に、図３を参照しながら、上記噴射圧制御処理の実行時における尿素ＳＣＲ装置の作動について説明する。図３において、（ａ）は排気温Ｔexの変化を示し、（ｂ）は噴射弁１５における尿素水溶液の噴射圧Ｐiの変化を示している。

図３に示すｔ１において、エンジンの排気温Ｔexが閾値Ｔs以上になると、尿素水溶液の噴射圧ＰiがＰilに設定される。これにより、噴射弁１５における尿素水溶液の噴射圧（ポンプ部１８による尿素水溶液の圧送圧力）がＰilに制御される。このとき、ポンプ１８ａの負荷は相対的に小さくなっている。その後、ｔ２において、ＴexがＴsよりも低くなると、尿素水溶液の噴射圧ＰiがＰihに設定される。これにより、噴射弁１５における尿素水溶液の噴射圧がＰihに制御される。このとき、噴射弁１５から噴射される尿素水溶液の噴霧の粒径は相対的に小さくなっている。

以上詳述した本実施形態によれば、以下の優れた効果が得られる。

排気温が低い場合、すなわちＮＯｘとアンモニアとの反応速度が低く排気浄化率低下の可能性が高いと予想される場合において、噴射弁１５における尿素水溶液の噴射圧が高くなるようにした（図３に示すｔ２〜ｔ３、ｔ４〜ｔ５参照）。これにより、噴射弁１５から噴射される尿素水溶液の噴霧の粒径が小さくなり、ＮＯｘとアンモニアとの反応速度が高くなることから、尿素ＳＣＲ装置の排気浄化率の低下を抑制することができる。

また、排気温が高い場合、すなわちＮＯｘとアンモニアとの反応速度が高く排気浄化率低下の可能性が低いと予想される場合において、噴射弁１５における尿素水溶液の噴射圧が低くなるようにした（図３に示すｔ１〜ｔ２、ｔ３〜ｔ４、ｔ５〜ｔ６参照）。これにより、ポンプ１８ａの負荷が軽減されることから、同ポンプ１８ａの長寿命化を図ることができる。このように、尿素ＳＣＲ装置の排気浄化率の低下を抑制しつつ、ポンプ部１８の長寿命化を図ることができる。

（他の実施形態）
本発明は上記実施形態の記載内容に限定されず、例えば次のように実施されてもよい。

・上記実施形態では、エンジンの排気温に基づいて噴射弁１５における尿素水溶液の噴射圧を制御するようにした。

しかしながら、これに限られず、例えばエンジンの排気の流速に基づいて、噴射弁１５における尿素水溶液の噴射圧を制御するようにしてもよい。具体的には、図４に示すステップＳ２０においてエンジンの排気の流速ＦＶexを取得し、ステップＳ２１においてその流速ＦＶexとそれに対応する所定の閾値ＦＶsとを比較する。そして、排気の流速ＦＶexが閾値ＦＶs以上である場合には、ステップＳ１２において尿素水溶液の噴射圧ＰiをＰil、すなわち相対的に低くし、排気の流速ＦＶexが閾値ＦＶsよりも小さい場合には、ステップＳ１３において尿素水溶液の噴射圧ＰiをＰih、すなわち相対的に高くする。その後、ステップＳ１４において、ポンプ１８ａを操作して噴射圧Ｐiを制御する。

ここで、噴射弁１５により排気管１２内に噴射された尿素水溶液の噴霧は、同排気管１２を流れる排気によって微粒化されるが、その微粒化の程度は同排気の流速に相関する。すなわち、尿素水溶液の噴霧の上記微粒化の程度は、排気の流速が高くなるほど高くなる。そのため、上述の如く、排気の流速が相対的に低い場合、すなわち排気流による上記噴霧の微粒化の程度が低く排気浄化率低下の可能性が高いと予想される場合において、尿素水溶液の噴射圧を相対的に高くすることにより、排気浄化率の低下を抑制することができる。一方、排気の流速が相対的に高い場合、すなわち排気流による上記噴霧の微粒化の程度が高く排気浄化率低下の可能性が低いと予想される場合において、尿素水溶液の噴射圧を相対的に低くすることにより、ポンプ１８ａの負荷を軽減し、同ポンプ１８ａの長寿命化を図ることができる。

なお、この場合、排気の流速は、エアフロメータ２１の検出値に基づいて算出（推定）することができる。すなわち、エンジンの吸気量が相対的に多い場合には、排気の流速は相対的に高いと推定することができ、エンジンの吸気量が相対的に少ない場合には、排気の流速は相対的に低いと推定することができる。

また、例えば浄化後の排気に含まれるＮＯｘの量に基づいて、噴射弁１５における尿素水溶液の噴射圧を制御するようにしてもよい。具体的には、図５に示すステップＳ３０において浄化後の排気に含まれるＮＯｘの量ＱＴaを取得し、ステップＳ３１においてそのＮＯｘ量ＱＴaとそれに対応する所定の閾値ＱＴs1とを比較する。そして、ＮＯｘ量ＱＴaが閾値ＱＴs1以下である場合には、ステップＳ１１において尿素水溶液の噴射圧ＰiをＰil、すなわち相対的に低くし、ＮＯｘ量ＱＴaが閾値ＱＴs1よりも多い場合には、ステップＳ１２において尿素水溶液の噴射圧ＰiをＰih、すなわち相対的に高くする。その後、ステップＳ１４において、ポンプ１８ａを操作して噴射圧Ｐiを制御する。

ここで、浄化後の排気中に残留するＮＯｘ量は、排気浄化能力の過不足を示している。一方、排気浄化能力が不足した状態においては、浄化前の排気中に含まれるＮＯｘ量が増加するほど、浄化後の排気中に残留するＮＯｘ量が増加し、結果として排気浄化率が低下すると考えられる。そのため、上述の如く、浄化後の排気中に残留するＮＯｘ量が相対的に多い場合、すなわち排気浄化能力不足による排気浄化率低下の可能性が高い場合において、尿素水溶液の噴射圧を相対的に高くすることにより、排気浄化率の低下を抑制することができる。一方、浄化後の排気中に残留するＮＯｘ量が相対的に少ない場合、すなわち排気浄化能力不足による排気浄化率低下の可能性が低い場合において、尿素水溶液の噴射圧を相対的に低くすることにより、ポンプ１８ａの負荷を軽減し、同ポンプ１８ａの長寿命化を図ることができる。なおこの場合、浄化後の排気中に残留するＮＯｘ量は、排気センサ１９のＮＯｘセンサの検出値に基づいて算出することができる。

また、例えば浄化前の排気に含まれるＮＯｘの量に基づいて、噴射弁１５における尿素水溶液の噴射圧を制御するようにしてもよい。具体的には、図６に示すステップＳ４０において浄化前の排気に含まれるＮＯｘの量ＱＴbを取得し、ステップＳ４１においてそのＮＯｘ量ＱＴbとそれに対応する所定の閾値ＱＴs2とを比較する。そして、ＮＯｘ量ＱＴbが閾値以下である場合には、ステップＳ１１において尿素水溶液の噴射圧ＰiをＰil、すなわち相対的に低い値とし、ＮＯｘ量ＱＴbが閾値ＱＴs2よりも多い場合には、ステップＳ１２において尿素水溶液の噴射圧ＰiをＰih、すなわち相対的に高い値とする。その後、ステップＳ１４において、ポンプ１８ａを操作して噴射圧Ｐiを制御する。

ここで、浄化前の排気中に含まれるＮＯｘ量が多くなるほど、排気浄化能力不足で排気浄化率が低下する可能性が高くなる。そのため、上述の如く、浄化前の排気中に残留するＮＯｘ量が相対的に多い場合、すなわち排気浄化能力不足による排気浄化率低下の可能性が高い場合において、尿素水溶液の噴射圧を相対的に高くすることにより、排気浄化率の低下を抑制することができる。また、浄化前の排気中に含まれるＮＯｘ量が相対的に少ない場合、すなわち排気浄化能力不足による排気浄化率低下の可能性が低い場合において、尿素水溶液の噴射圧を相対的に低くすることにより、ポンプ１８ａの負荷が軽減し、ポンプ１８ａの長寿命化を図ることができる。

なおこの場合、浄化前のＮＯｘ量は、排気中の酸素濃度や、エンジンの負荷に関するパラメータ（吸気量やアクセル操作量）から算出（推定）することができる。また、浄化前のＮＯｘ量は、排気通路のＳＣＲ触媒１３よりも上流側に設けたＮＯｘセンサの検出値に基づいて算出してもよい。

また、例えばエンジンの運転状態に基づいて、噴射弁１５における尿素水溶液の噴射圧を制御するようにしてもよい。具体的には、図７に示すステップＳ５０においてエンジンの運転状態を取得し、ステップＳ５１においてその運転状態が「排気温が低い状態」や「排気の流速が低い状態」や「ＮＯｘ量が多い状態」に該当しないか否かを判定する。そして、これらの運転状態のいずれにも該当しない場合には、ステップＳ１２において尿素水溶液の噴射圧ＰiをＰil、すなわち相対的に低くし、これらの運転状態のいずれかに該当する場合には、ステップＳ１３において尿素水溶液の噴射圧ＰiをＰih、すなわち相対的に高くする。より具体的には、エンジンが暖機運転状態である場合や、アイドル運転状態が所定時間以上継続した場合には、排気温及びその流速が相対的に低くなると考えられる。そのため、エンジンの運転状態が暖機運転状態を示している場合や、所定時間継続してアイドル運転状態を示している場合には、尿素水溶液の噴射圧ＰiをＰihに設定することが考えられる。これにより、上述した実施形態と同様の効果を得ることができる。なおこの場合、エンジンの運転状態は、各種センサ（エアフロメータ２１、アクセル開度センサ２２、クランク角センサ２３、水温センサ２４など）の検出値に基づいて算出（推定）することができる。

・上記実施形態では、ＳＣＲ触媒１３の下流側に設けた排気温センサの検出値に基づいて、すなわちＳＣＲ触媒１３の下流側の排気温に基づいて、噴射弁１５における尿素水溶液の噴射圧を制御するようにした。しかしながら、これに限られず、ＳＣＲ触媒１３の上流側の排気温に基づいて上記噴射圧を制御してもよい。この場合、例えば、排気温センサをＳＣＲ触媒１３の上流側に設けて、その排気温センサの検出値に基づいて排気温を算出すればよい。

・上記実施形態では、エンジンの排気温を、排気センサ１９に内蔵された排気温センサの検出値に基づいて算出した。しかしながら、これに限られず、排気温は、エンジンの気筒内への燃料噴射量や、エンジン負荷や、エンジン回転速度などの他の物理量から推定してもよい。

・上記実施形態では、尿素水溶液の汲み上げ量、すなわちポンプ１８ａの吐出量を制御することで、噴射弁１５における尿素水溶液の噴射圧（ポンプ部１８による尿素水溶液の圧送圧力）を制御した。しかしながら、これに限られず、尿素水溶液の戻し量を制御することで上記噴射圧を制御してもよい。この尿素水溶液の戻し量の制御方法としては、例えば尿素水圧レギュレータ１８ｃの設定値Ｐl（同レギュレータ１８ｃ経由で配管１８ｂ内の尿素水溶液が尿素水タンク１７内へ戻すか否かを決定づける閾値）をＥＣＵ２０により可変設定することが考えられる（図１参照）。また、尿素水圧レギュレータ１８ｃを、ＥＣＵ２０により開閉制御可能なバルブとし、そのバルブの開閉制御により尿素水溶液の戻し量を制御することが考えられる。この場合でも、上述した実施形態と同様の効果を得ることができる。

・上記実施形態では、噴射弁１５における尿素水溶液の噴射圧Ｐｉを、排気パラメータに応じて２段階に制御した。しかしながら、これに限られず、噴射圧Ｐｉを排気パラメータに応じて２段階以上の複数段階に制御してもよいし、排気パラメータに応じて連続的に変化させてもよい。

・上記実施形態では、排気温Ｔexが閾値Ｔs以上か否かにを判定し、その判定結果に応じて噴射弁１５における尿素水溶液の噴射圧Ｐｉを設定した。すなわち、噴射圧Ｐｉの設定条件にヒステリシスを設けていない。しかしながら、噴射圧Ｐｉの設定条件にヒステリシスを設けてもよい。これにより、噴射圧Ｐｉの設定値変更が頻繁に繰り返されることを回避することができる。

・上記実施形態では、ポンプ部１８により圧送された尿素水溶液（添加剤）を、噴射弁１５の噴孔から噴出させることにより、尿素水溶液の噴霧を形成する排気浄化装置を制御対象とした。しかしながら、これに限られず、添加剤を加圧ガスと共に噴出させることにより、添加剤の噴霧を形成する排気浄化装置を制御対象としてもよい。具体的には、図８に示すように、尿素水供給器３０と、エアポンプ３１と、混合器３２と、ノズル部３３とを備え、尿素水供給器３０により供給される尿素水溶液とエアポンプ３１により供給される圧縮空気とを混合器３２にて合流させ、その混合物をノズル部３３から噴射することにより、尿素水溶液の噴霧を形成する排気浄化装置を制御対象としてもよい。

この場合、上述した実施形態の排気パラメータ（排気温、排気の流速、排気に含まれるＮＯｘ量）に基づいて、エアポンプ３１から供給される圧縮空気の圧力を制御することで、上述した実施形態と同様の効果を得ることができる。すなわち、排気浄化率の低下を抑制しつつ、エアポンプ３１の長寿命化を図ることができる。なお、この場合、尿素水供給器３０、混合器３２、及びノズル部３３が「噴射部」に相当し、エアポンプ３１が「ポンプ部」に相当する。

・上記実施形態は、本発明を車載エンジン用の尿素ＳＣＲ装置に適用した。しかしながら、これに限られず本発明は、添加剤及び触媒を用いて排気を浄化する他の排気浄化装置にも適用可能である。

尿素ＳＣＲ装置の概要を示す図。噴射圧制御プログラムのフローチャート。尿素ＳＣＲ装置の作動を示すタイミングチャート。他の実施形態に係る噴射圧制御プログラムのフローチャート。他の実施形態に係る噴射圧制御プログラムのフローチャート。他の実施形態に係る噴射圧制御プログラムのフローチャート。他の実施形態に係る噴射圧制御プログラムのフローチャート。他の実施形態に係る尿素ＳＣＲ装置の概要を示す図。

符号の説明

１１…ＤＰＦ、１２…排気管、１３…ＳＣＲ触媒、１４…排気管、１５…噴射弁（噴射部）、１６…ノズル部、１７…尿素水タンク、１８…ポンプ部、１９…排気センサ、２０…ＥＣＵ（取得手段、制御手段）。

Claims

内燃機関の排気の特定成分を還元させる還元剤を同内燃機関の排気通路に噴射する噴射部と、前記噴射部における前記還元剤の噴射圧を調整するポンプ部とを備え、前記排気通路を流れる排気の特定成分と前記還元剤との還元反応により同排気を浄化する排気浄化装置に適用され、前記還元剤の噴射制御を実施する噴射制御装置において、
前記排気通路を流れる排気の状態に関する排気パラメータを取得する取得手段と、
前記取得手段により取得された排気パラメータに基づいて、前記ポンプ部を操作して前記噴射圧を制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする還元剤の噴射制御装置。
前記取得手段は、前記排気パラメータとして、前記排気通路を流れる排気の温度を取得し、
前記制御手段は、前記取得手段により取得された排気の温度に基づいて、前記ポンプ部を操作して前記噴射圧を制御する請求項１に記載の還元剤の噴射制御装置。
前記取得手段は、前記排気パラメータとして、前記排気通路を流れる排気の流速を取得し、
前記制御手段は、前記取得手段により取得された排気の流速に基づいて、前記ポンプ部を操作して前記噴射圧を制御する請求項１又は２に記載の還元剤の噴射制御装置。
前記取得手段は、前記排気パラメータとして、前記排気通路を流れる排気中の前記特定成分の量を取得し、
前記制御手段は、前記取得手段により取得された前記特定成分の量に基づいて、前記ポンプ部を操作して前記噴射圧を制御する請求項１から３のいずれか一項に記載の還元剤の噴射制御装置。
前記取得手段は、前記排気パラメータとして、前記内燃機関の運転状態を取得し、
前記制御手段は、前記取得手段により取得される運転状態が暖機運転状態を示している場合、及び前記取得手段により取得される運転状態が所定時間継続してアイドル運転状態を示している場合の少なくともいずれか一方の場合において、前記ポンプ部を操作して前記噴射圧を制御する請求項１から４のいずれか一項に記載の還元剤の噴射制御装置。
前記特定成分と前記還元剤との還元反応を促進する触媒を、前記排気通路の前記噴射部よりも下流側に備え、前記特定成分は窒素酸化物であり、前記還元剤はアンモニア又は尿素水溶液である排気浄化装置に適用される請求項１から５のいずれか一項に記載の還元剤の噴射制御装置。